Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Физика \ Механика \ Общая механика. Механика твердых и жидких тел

Определение модуля упругости материалов импедансным методом

Автор: А. В. Азин, С. В. Пономарев, С. В. Рикконен, А. В. Васильев

Журнал: Космические аппараты и технологии.

Статья в выпуске: 1, 2025 года.

Бесплатный доступ

Эффективно применяемый импедансный метод неразрушающего контроля для элементов космической техники является сравнительным методом обнаружения дефектов материалов. Однако определение деформационных характеристик материалов, в частности модуля упругости, этим методом затруднительно. Цель работы: расширение возможностей импедансного метода для определения модуля упругости материала. Предложен метод локального динамического воздействия на поверхность материала, в котором возможен анализ составляющих механического импеданса с определением модуля упругости материала. Устройство, реализующее данный метод, представляет собой ультразвуковой излучатель с индентором для контактного воздействия на поверхность исследуемого материала. В конструкцию устройства включены датчики ускорения и силы. Ультразвуковой излучатель при одностороннем доступе к объекту оказывает минимальное силовое воздействие на исследуемый материал, что особенно важно при неразрушающем контроле. Для получения информации о физикомеханических характеристиках материала используется частотный диапазон, при котором все сигналы датчиков имеют гармоническую форму. В режиме гармонических колебаний колебательная система «устройство-исследуемый материал» работает как единое целое. Наличие режима гармонических колебаний позволяет при обработке экспериментальных данных о колебательной системе использовать простые математические методы (символический метод анализа систем и правила преобразования электрических цепей) без потери информации об объекте. Предложенный метод позволяет определять модуль упругости материалов в зависимости от частоты механического воздействия с погрешностью не более 10 %.

Еще

Неразрушающий контроль, модуль упругости, импедансный метод, ультразвуковой излучатель

Короткий адрес: https://sciup.org/14133047

IDR: 14133047 | УДК: 620.172.22+531.7 | DOI: 10.26732/j.st.2025.1.01

Список литературы Определение модуля упругости материалов импедансным методом

ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытания на растяжение. М., 2008. 24 с.
Judawisastra H. et al. Определение модуля упругости термопластичных полимеров с помощью ультразвукового импульсно-эхографического метода // Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия. 2019. Т. 547. № 012047. 11 с. DOI:10.1088/1757-899X/547/1/012047.
Zhang et al. Моделирование молекулярной динамики и эксперимент по анализу механических свойств композитов ПММА/SiO2 на основе межфазного взаимодействия // AIP Advances. 2023. Т. 13. № 085311. 7 с. DOI: 10.1063/5.0148636
Свойства полистироловых и поли(метилметакрилатных) (ПММА) микросфер [Электронный ресурс]. URL: https://www.bangslabs.com/material-properties-polystyrene-and-polymethyl-methacrylate-pmma-microspheres. (дата обращения:15.10.2024).
Кухлинг Х. Справочник по физике: М.: Мир, 1982. 520 с.
Мержиевский Л.А., Воронин М.С. Моделирование ударно-волнового деформирования полиметилметакрилата // Физика горения и взрыва. 2012. Т. 48. № 2. С. 113–123.
Abdel-wahab A. A., Ataya S., Silberschmidt V.V. Механическое поведение ПММА в зависимости от температуры: экспериментальный анализ и моделирование // Тестирование полимеров. 2017. Т. 58. С. 86–95. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymertesting
Модель деформирования иразрушения ПММА [Электронный ресурс]. URL: https://pandia.ru/text/78/179/54531.php (дата обращения: 15.10.2024).
ГОСТ Р 56803–2015. Пластмассы. Определение механических свойств при динамическом нагружении. М.: 2016. 3. 13 с. (Колебания изгиба. Метод резонансной кривой).
Определение коэффициента Пуассона и модуля упругости с помощью датчиков P- и S-волн [Электронный ресурс]. URL: https://media.screeningeagle.com/asset/Downloads/Determining%20Poissons%20ratio%20and%20 Elastic%20modulus.pdf. (дата обращения:15.10.2024).
Костюков В.Н, Науменко А.П. Основы виброакустической диагностики и мониторинг машин: Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. 360 с.
Азин А.В. и др. Настройка резонансных режимов работы ультразвукового излучателя при одностороннем доступе к объекту // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 10. С. 199–209.
Акустический импедансный преобразователь: а.с. 1629838, СССР. № 4670342/28; заявл. 30.03.89; опубл. 23.02.91, Бюл. № 7. 2 с.
Совершенствование методов ультразвуковой дефектоскопии многослойных конструкций воздушных судов [Электронный ресурс]. URL: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=605793. (дата обращения: 15.10.2024).
Мурашов В.В. Применение ультразвукового резонансного метода для выявления дефектов клееных конструкций // Испытания материалов. Авиационные материалы и технологии. 2018. № 1 (50). С. 88–94. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-1-88-94.
Чертищев В.Ю. и др. Определение размера глубины залегания дефектов в многослойных сотовых конструкциях из ПКМ по величине механического импеданса // Испытания материалов. Авиационные материалы и технологии. 2020. № 3 (60). С. 72–94.
Хмелев В.Н. и др. Разработка пьезоэлектрических ультразвуковых колебательных систем для интенсификации процессов в газовых средах // Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. № 1. С. 148–157.
Азин А.В. и др. Математическое моделирование ультразвукового излучателя резонансного типа для подготовки высоковязкой нефти к транспорту // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332, № 11. С. 161-169. DOI: 10.18799/24131830/2021/11/3433.
Азин А.В., Богданов Е. П., Рикконен С.В. Моделирование передачи акустической энергии через многослойную систему для измерения реологических свойств углеводородов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334, № 3. С. 186–196. DOI: 10.18799/24131830/2023/3/3953.
Рикконен С.В., Пономарев С.В., Азин А.В. Моделирование колебательных процессов пьезоэлектрического преобразователя // Вестник ТГУ. Математика имеханика. 2015. №29 (34). С.86–95. DOI: 10.17223/19988621/34/8.
Панич А.Е. Пьезокерамические актюаторы. Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2008. 159 с.
ГОСТ 10667–90. Стекло органическое листовое. М., 1990. 35 с. (Технические условия).

Еще